Gia công titan, khai thác titan từ quặng của nó và điều chế hợp kim hoặc hợp chất titan để sử dụng trong các sản phẩm khác nhau.
Titanium (Ti) là một kim loại mềm, dễ uốn, màu xám bạc với điểm nóng chảy 1.675 ° C (3.047 ° F). Do sự hình thành trên bề mặt của một màng oxit tương đối trơ về mặt hóa học, nó có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong hầu hết các môi trường tự nhiên. Ngoài ra, nó có trọng lượng nhẹ, với mật độ (4,51 gram trên mỗi cm khối) ở giữa nhôm và sắt. Sự kết hợp giữa mật độ thấp và cường độ cao mang lại cho nó tỷ lệ cường độ trên trọng lượng hiệu quả nhất của các kim loại thông thường cho nhiệt độ lên tới 600 ° C (1.100 ° F).
Do đường kính nguyên tử của nó tương tự như nhiều kim loại phổ biến như nhôm, sắt, thiếc và vanadi, titan có thể dễ dàng được hợp kim hóa để cải thiện tính chất của nó. Giống như sắt, kim loại có thể tồn tại ở hai dạng tinh thể: đóng gói lục giác (hcp) dưới 883 ° C (1.621 ° F) và khối lập phương tập trung vào cơ thể (bcc) ở nhiệt độ cao hơn đến điểm nóng chảy của nó. Hành vi đẳng hướng này và khả năng hợp kim với nhiều yếu tố dẫn đến hợp kim titan có nhiều tính chất cơ học và chống ăn mòn.
Mặc dù quặng titan rất phong phú, nhưng độ phản ứng cao của kim loại với oxy, nitơ và hydro trong không khí ở nhiệt độ cao đòi hỏi quá trình sản xuất và chế tạo phức tạp và tốn kém.
Lịch sử
Quặng titan được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1791 tại bãi cát Cornish bởi một giáo sĩ người Anh, William Gregor. Việc xác định thực tế của oxit đã được thực hiện một vài năm sau đó bởi một nhà hóa học người Đức, MH Klaproth. Klaproth đã đặt thành phần kim loại của oxit này với tên titan, theo tên Titans, người khổng lồ trong thần thoại Hy Lạp.
Titan kim loại nguyên chất được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1906 hoặc 1910 bởi MA Hunter tại Học viện Bách khoa Rensselaer (Troy, New York, Hoa Kỳ) hợp tác với Công ty General Electric. Các nhà nghiên cứu này tin rằng titan có nhiệt độ nóng chảy 6.000 ° C (10.800 ° F) và do đó là một ứng cử viên cho các sợi đèn sợi đốt, nhưng, khi Hunter sản xuất một kim loại có nhiệt độ nóng chảy gần 1.800 ° C (3.300 ° F), những nỗ lực đã bị bỏ rơi. Tuy nhiên, Hunter đã chỉ ra rằng kim loại này có độ dẻo và phương pháp sản xuất nó bằng cách phản ứng với tetraclorua titan (TiCl 4) với natri trong chân không sau đó đã được thương mại hóa và hiện được gọi là quy trình Hunter. Kim loại có độ dẻo đáng kể được sản xuất vào năm 1925 bởi các nhà khoa học Hà Lan AE van Arkel và JH de Boer, người đã phân tách titan tetraiodide trên một dây tóc nóng trong một bóng đèn thủy tinh di tản.
Năm 1932, William J. Kroll của Luxembourg đã sản xuất một lượng đáng kể titan dễ uốn bằng cách kết hợp TiCl 4 với canxi. Đến năm 1938, Kroll đã sản xuất 20 kg titan (50 pound) titan và được thuyết phục rằng nó sở hữu các đặc tính ăn mòn và sức mạnh tuyệt vời. Khi bắt đầu Thế chiến II, ông đã trốn khỏi Châu Âu và tiếp tục công việc của mình tại Hoa Kỳ tại Công ty Union carbide và sau đó tại Cục Mỏ Hoa Kỳ. Đến lúc này, anh đã thay đổi chất khử từ canxi thành magiê kim loại. Kroll hiện được công nhận là cha đẻ của ngành công nghiệp titan hiện đại và quy trình Kroll là cơ sở cho hầu hết sản xuất titan hiện nay.
Một nghiên cứu của Không quân Hoa Kỳ thực hiện năm 1946 đã kết luận rằng hợp kim titan là vật liệu kỹ thuật có tầm quan trọng rất lớn, do nhu cầu về tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao hơn trong các cấu trúc và động cơ máy bay phản lực không thể được thỏa mãn một cách hiệu quả bằng thép hoặc nhôm. Do đó, Bộ Quốc phòng đã cung cấp các ưu đãi sản xuất để bắt đầu ngành công nghiệp titan vào năm 1950. Năng lực công nghiệp tương tự được thành lập tại Nhật Bản, Liên Xô và Vương quốc Anh. Sau khi động lực này được cung cấp bởi ngành hàng không vũ trụ, sự sẵn có của kim loại đã tạo ra cơ hội cho các ứng dụng mới ở các thị trường khác, như chế biến hóa học, y học, sản xuất điện và xử lý chất thải.
Quặng
Titanium là kim loại có cấu trúc phong phú thứ tư trên Trái đất, chỉ vượt qua nhôm, sắt và magiê. Tiền gửi khoáng sản khả thi được phân tán trên toàn thế giới và bao gồm các trang web ở Úc, Hoa Kỳ, Canada, Nam Phi, Sierra Leone, Ukraine, Nga, Na Uy, Malaysia và một số quốc gia khác.
Các khoáng chất chiếm ưu thế là rutile, chiếm khoảng 95% titan dioxide (TiO 2) và ilmenite (FeTiO 3), chứa 50 đến 65% TiO 2. Một khoáng chất thứ ba, leucoxene, là một sự biến đổi của ilmenit mà từ đó một phần của sắt đã được lọc tự nhiên. Nó không có nội dung titan cụ thể. Khoáng vật titan xảy ra trong sự hình thành phù sa và núi lửa. Tiền gửi thường chứa từ 3 đến 12 phần trăm khoáng chất nặng, bao gồm ilmenit, rutile, leucoxene, zircon và monazite.
